JP3527707B2 - Oh遮断層を具備した光ファイバのプレフォーム及びその製造方法 - Google Patents

Oh遮断層を具備した光ファイバのプレフォーム及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】(技術分野) 本発明は一般的な光ファイバプレフォームに係り、特
に、サブストレートチューブから光ファイバのコアへの
OHの浸透を最小化するための、光ファイバプレフォー
ム及びその製造方法に関する。
【0002】(背景技術) 単一モードの光ファイバはクラッド層及びコア層を蒸着
して作る。DC−SM(Depressed Clad
ding−Single Mode)タイプの場合、ク
ラッド層は蒸着温度と屈折率を下げるためにSiO
、GeOおよびFをドーピングして蒸着し、
光を伝送するコア層は屈折率を高めるためにSiO
GeOをドーピングして蒸着した後、コラプス及びク
ローズ工程を通じて光ファイバプレフォームを製作す
る。
【0003】改良された化学気相蒸着(MCVD)法に
より光ファイバプレフォームを製造する工程において、
蒸着層が厚くなるにつれて蒸着過程におけるチューブの
自己コラプスが生じるようになり、結果的に、チューブ
がより厚くなる。さらに、厚く蒸着された蒸着層を焼結
させて固めるために、高温のバーナーが必要になり、さ
らにコラプス及びクローズ工程時間が長くなり、サブス
トレートチューブが長時間にわたり高温にさらされるよ
うになる。
【0004】この過程では、蒸着用サブストレートチュ
ーブに含まれた微量の水分(HO)(一般的に数pp
m程度)が蒸着層に浸透する一方で、浸透した水分がク
ラッド領域に蒸着されたPまたはSiOと結合
してP−O−HまたはGe−O−Hボンド結合を形成す
る。さらに、コア領域まで浸透したOHは、コア層に蒸
着されたSiOまたはGeOと結合し、Si−Oま
たはGe−Oボンド結合を解離させつつSi−O−Hま
たはGe−O−Hボンド結合を形成するようになる。
【0005】このように各蒸着領域で水分と結合して形
成されたO−HまたはP−O−Hボンド結合は、特定の
波長領域において吸収バンドによる光損失をさらに発生
させる。単一モードの光ファイバの場合、光損失に影響
を大きく及ぼす波長帯域は、O−Hボンドの場合、1.
24μm−1.385μmの帯域、そしてP−O−Hボ
ンドの場合1.2−1.8μmの帯域である。コア領域
に浸透OHが浸透すると、非架橋酸素(NBO)を形成
し、それによりコア層のガラス質の構造的均一性を局所
的に低下させるようになり、コア層の密度不均質を生じ
させる。その結果、散乱損失が増加するようになる。
【0006】さらに、蒸着工程と同時に進行する焼結工
程において、蒸着層が厚くなることにより、チューブ内
外径が接触する現象が生じることにより、適切な直径比
(すなわち、クラッド直径/コア直径=D/d)を確保
し難くなる。これにより、OH浸透を防ぐのに充分な距
離を確保できず、OHによる損失が大きく増加する。
【0007】従来は、サブストレートチューブからコア
層にOHが浸透することを防止するために、クラッド層
を厚くする方法を用いていた。しかし、この方法で大口
径のプレフォームを製作する場合、チューブの収縮によ
って適切な直径比を確保し難く、コア層の蒸着工程時に
チューブ層が厚くなることからコア蒸着面までの熱伝逹
効率が落ち、一層高温のバーナーが必要となる。従っ
て、チューブが高温に長時間さらされることにより、O
Hによる損失が顕著になる。
【0008】(発明の開示) 上記の問題を解決するため、本発明の目的は、サブスト
レートチューブからコア層にOHが浸透することを防止
するために、サブストレートチューブとコア層との間に
OHの浸透を遮断または顕著に少なくするバリヤ層(遮
断層)を形成することにより直径比を減らす一方、効果
的にOHによる損失を減少させることができる光ファイ
バプレフォームを提供することである。
【0009】本発明の別の目的は、OH遮断層を具備し
た光ファイバプレフォームを製造する方法を提供するこ
とである。
【0010】従って、第1の目的を達成するため、本発
明による光ファイバプレフォームは、サブストレートチ
ューブ、クラッド層及びコア層を具備し、さらに、前記
光ファイバプレフォームは、前記サブストレートチュー
ブと前記クラッド層との間に位置する、OH拡散係数が
低い物質を蒸着することにより形成された第1の遮断層
を具備し、ここで、前記第1遮断層は、前記サブストレ
ートチューブに含まれたOHが、前記クラッド層に浸透
することを実質的に防止する。
【0011】光ファイバプレフォームは、さらに、前記
クラッド層と前記コア層との間に位置した、OH拡散係
数が低い物質をドーピングすることにより形成された第
2遮断層を含むことが好ましく、前記第2遮断層は、前
記サブストレートチューブから前記クラッド層に浸透し
たOHが、前記コア層に浸透することを防止する。
【0012】第1の目的を達成するため、本発明の他の
光ファイバプレフォームは、サブストレートチューブ、
クラッド層及びコア層を具備し、前記光ファイバプレフ
ォームは、さらに、前記サブストレートチューブと前記
クラッド層との間に位置した、OH拡散係数が低い物質
がドーピングされて形成された第1遮断層を有し、ここ
で、前記第1遮断層は、前記サブストレートチューブに
含まれたOHが、前記クラッド層に浸透することを防止
し、ここで、前記コア層の屈折率は、前記クラッド層の
屈折率より大きく、中心部へ行くほど順次増加する。
【0013】光ファイバプレフォームは、さらに、前記
クラッド層と前記コア層との間に位置した、OH拡散係
数の低い物質がドーピングされ形成された第2遮断層を
有し、ここで、第2遮断層は、前記クラッド層に拡散さ
れたOHが、前記コア層に浸透することを防止する。
【0014】第2の目的を達成するため、本発明によ
る、サブストレートチューブ、クラッド層及びコア層を
具備する光ファイバプレフォームを製造する方法は:O
H拡散係数が低い物質をドーピングして第一遮断層を形
成する段階;工程温度を下げて蒸着効率を高めるのに適
した物質を蒸着して、クラッド層を形成する段階;及び
光信号が伝えられる領域のコア層を形成する段階を備え
る。
【0015】前記クラッド層を形成した後、前記コア層
を形成する前に、OH拡散係数が低い物質を蒸着して第
2遮断層をさらに形成することが望ましい。さらに、前
記コア層の形成段階は屈折率が順次に増加するように蒸
着し、コア層の外廓から中心へ行くほど、その屈折率が
増加するようにコア層を形成することが望ましい。
【0016】(発明を実施するための最良の態様) 以下に、添付された図面を参照して本発明の望ましい実
施例について詳細に説明する。
【0017】図1は、一般的な単一モード(DC−S
M)の光ファイバを説明するための図面である。図面に
て、11はサブストレートチューブ、12はクラッド層
そして13はコア層を示す。さらに、Δ+はコア層の屈
折率を、Δ−はクラッド層の屈折率を、Φdはコア層の
直径を、そしてΦDはクラッド層の直径をそれぞれ示
す。
【0018】クラッド層12を蒸着するためにP
を使用する。このPは融点が570℃程度であっ
て比較的融点が低いために、これを他の原料物質と共に
使用することにより、工程温度を下げ、蒸着効率を上げ
ることができる利点がある。一方、クラッド層12にド
ープされたPは吸湿性が高いため、サブストレー
トチューブ11に含まれているOHをコア層13に伝達
するOH−架橋として働く。それゆえ、コア層13にお
けるOHによる損失は増加する。
【0019】図2は、本発明による単一モードの光ファ
イバを説明するための図面である。図2において、参照
番号21はサブストレートチューブ、参照番号22は第
一遮断層(外部クラッド層)、参照番号23は中間クラ
ッド層、参照番号24は第2遮断層(内部クラッド
層)、そして参照番号25はコア層を示す。さらに、Δ
はコア層25の相対屈折率を、Δは中間クラッド層2
3の屈折率を示し、サブストレートチューブ21の屈折
率に相対的なものである。Δ は第一遮断層22の屈
折率を、Δ は第2遮断層24の屈折率を、Φdはコ
ア層25の直径を、ΦDは第2遮断層24の直径を、
ΦDは中間クラッド層23の直径を、そしてΦDは第
一遮断層22の直径をそれぞれ示す。
【0020】図示したように、本発明による光ファイバ
プレフォームのクラッド層は、それぞれその化学組成比
が互いに異なる三つの層から構成される。すなわち、ク
ラッド層は第一遮断層の外部クラッド層22、中間クラ
ッド層23及び第2遮断層の内部クラッド層24から構
成される。
【0021】第一遮断層(すなわち、外部クラッド層)
22は、OH濃度が高いサブストレートチューブ21
と、OHの伝達媒介体のPが含まれた中間クラッ
ド層23との間に位置し、サブストレートチューブ21
に含まれたOHが中間クラッド層23に浸透することを
防止するためのものである。さらに、第2遮断層(すな
わち、内部クラッド層)24は、中間クラッド層23と
コア層25との間に位置し、サブストレートチューブ2
1から中間クラッド層23に浸透したOHがコア層25
に浸透することを防止するためのものである。第1及び
第2遮断層22、24は、OH−架橋の働きをするP
を含まず、SiO、GeOおよびFを利用して
屈折率が調節され、その厚さはクラッド層の全対の厚さ
によって適切に調節される。特に、OH濃度が高いサブ
ストレートチューブ21と中間クラッド層23との間
に、第一遮断層22のみを具備し、または中間クラッド
層23とコア層25との間に第2遮断層23のみを具備
することもできる。
【0022】光ファイバプレフォームの屈折率特性に関
して、コア層25の屈折率はクラッド層22、23、2
4の屈折率より大きい。従って、外部クラッド層22と
内部クラッド層24の屈折率は、中間クラッド層23の
屈折率と同じように調整される。これらの3層の屈折率
は、全て同一になるよう調整することもできる。
【0023】一般的に、蒸着層におけるOH濃度は、サ
ブストレートチューブのOH濃度の1/1000以下で
ある。しかし、クラッド蒸着工程において工程温度を低
くするために、Pをドーピングしてクラッド層を
蒸着する。ここで、Pは高い吸湿性を有する。そ
うして、クラッド層に蒸着されたPは、サブスト
レートチューブからコア層にOHを伝達するための架橋
として働き、コア層におけるOHによる損失を増加させ
る。従って、本発明では、OH拡散係数の低い物質をド
ープしたOH遮断層は、OH濃度が高いサブストレート
チューブとOH伝達媒介体であるPを含むクラッ
ド層との間に形成され、または/およびクラッド層とコ
ア層との間に形成される。
【0024】図3は、本発明による他の単一モードの光
ファイバを説明するための図面である。図3において、
参照番号31はサブストレートチューブ、参照番号34
は第1遮断層(外部クラッド層)、参照番号32は中間
クラッド層、参照番号35は第2遮断層(内部クラッド
層)、そして参照番号33はコア層を示す。さらに、Δ
はコア層33の屈折率を、ΔNは中間クラッド層
32の屈折率を示し、サブストレートチューブ31の屈
折率に対する相対屈折率である。
【0025】図示したように、本発明による光ファイバ
プレフォームのクラッド層は、それぞれその化学組成比
が相異なる三つの層から構成される。すなわち、クラッ
ド層は第1遮断層の外部クラッド層34、中間クラッド
層32及び第2遮断層の内部クラッド層35から構成さ
れる。
【0026】第1遮断層(すなわち、外部クラッド層)
34は、OH濃度が高いサブストレートチューブ31と
OHの伝達媒介体であるPが含まれた中間クラッ
ド層32との間に位置し、サブストレートチューブ31
に含まれたOHが中間クラッド層32に浸透することを
防止するためのものである。さらに、第2遮断層(すな
わち、内部クラッド層)35は、中間クラッド層32と
コア層33との間に位置し、サブストレートチューブ3
1から中間クラッド層32に浸透したOH、または中間
クラッド層32の蒸着工程中に化学物質に含まれた水分
によるOHが、光導波領域のコア層33に浸透すること
を防止するためのものである。外部クラッド層34と内
部クラッド層35の屈折率は、中間クラッド層32の屈
折率と同一であるか同じであるように調整され、サブス
トレートチューブ31またはコア層33の屈折率よりは
大きくないように調整される。
【0027】サブストレートチューブのOH含有量は、
蒸着用シリカに比べて相対的に高い。シリカは、構造的
にOH成分に対し最も安定した蒸着用化学物質中であっ
て、高温でOH浸透を効果的に遮断できる。従って、第
1及び第2遮断層34、35は、OH−架橋として働く
を含まず、クラッドの屈折率はSiO、Ge
またはFを利用して調節され、これらの遮断層の厚さ
は、クラッド層の全体的な厚さにより適切に調節する。
【0028】光ファイバプレフォームの屈折率特性に関
して、コア層33の屈折率は、クラッド層32,34お
よび35の屈折率より大きく、さらにコア層33の屈折
率は、コアの中心へ行くほどに一定の割合で増加するよ
うに形成される。プレフォームから光ファイバを高速で
引き出す時に、急冷による熱的ストレスが生じる。従っ
て、コア層33の屈折率は、境界部分の屈折率(Δ
)より中心部分へ行くほど増加し、中心部分の屈折
率(N)を最大とする。これにより、熱的ストレスによ
る光ファイバの光損失及び機械的特性の低下を防止する
ことができ、従って、損失が低く直径比の小さい光ファ
イバは、高速で引き出される。たとえば、コア層の最外
廓部分における屈折率は、コア層の中心部における屈折
率の75−99%であることが望ましい。
【0029】図4A、4Bおよび4Cは、改良された化
学気相蒸着(MCVD)法を使用して、図2または図3
に示される本発明による単一モードの光ファイバを製作
する方法を説明するための図面である。MVCD方法に
おいて、ガラスからなったサブストレートチューブ41
の中に、SiCl、GeCl、POClまたはB
Clなどの高純度キャリアガスを酸素と共に吹き込
み、加熱手段43により熱を加え、サブストレートチュ
ーブに熱酸化反応により、酸化堆積物であるスートがサ
ブストレートチューブの内側に形成される(図4A参
照)。ここで、原料ガスの濃度は、精密にコンピュータ
制御して屈折率を調節され、クラッド層/コア層42を
蒸着する。加熱手段43は直線矢印の方向に移動しつ
つ、回転矢印方向に回転するサブストレートチューブ4
1に熱を加える。蒸着される原料ガス物質は、原料物質
の貯蔵部と連結された入力部を通じて、サブストレート
チューブ41に導入される。混合弁及び遮断弁は、サブ
ストレートチューブに導入される原料物質の流れを計量
し、その原料物質の合成に必要な調整を行う。
【0030】本発明におけるクラッド層を蒸着する工程
において、まず、OHの伝達媒介体である吸湿性が高い
などを除いた、OH拡散係数が低い物質を蒸着
することにより外部クラッド層(第一遮断層)を形成す
る。さらに、工程温度を低くし蒸着効率を高めるのに適
合した物質をドーピングすることにより、中間クラッド
層を形成する。OHの伝達媒介体であるPなどを
除く、OH拡散係数が低い物質を蒸着することにより、
内部クラッド層(第2遮断層)を形成する。そして、光
信号が伝えられる領域であるコア層を形成する。従っ
て、サブストレートチューブ41に注入される原料ガス
の混合物は、各蒸着層により異なり、この混合は、混合
弁及び遮断弁を適切に制御することにより行われる。
【0031】コア層を蒸着する工程では、外層からコア
層の屈折率が一定になるよう蒸着したり、または外層か
ら中心層に向かって徐々に屈折率が増加するように蒸着
したりしてもよい。
【0032】図4Bは、サブストレートチューブ41内
にクラッド層/コア層40が蒸着されたことを示す。図
4Bにおいて、参照番号43は外部クラッド層、参照番
号44は中間クラッド層、参照番号45は内部クラッド
層、そして46はコア層を示す。
【0033】図4Cに関して、図4Bに示される蒸着層
は、加熱手段43により、クラッド層/コア層40が蒸
着されたサブストレートチューブ41に熱を加えて、コ
ラプスおよびクローズさせ、これにより、光ファイバプ
レフォーム47を生成する。
【0034】蒸着工程において、中間クラッド層44を
間に挟む、OH−架橋として働くPを含まない外
部及び内部OH−遮断層43、45を蒸着することによ
り、コア蒸着工程、コラプス工程またはクローズ工程に
おいて、サブストレートチューブ41からコア層46に
浸透するOHを効果的に遮断することができる。従っ
て、適切な直径比(D/d)を維持しつつ、コア層での
OH−吸収バンドによる損失を最小化できる。さらに、
直径比をより小さくし、蒸着回数を減らせるので工程時
間も短縮できる。ここで、クラッド層の直径(D)と前
記コア層の直径(d)との比(D/d)は、1.1−
3.0であることが望ましい。
【0035】一方、蒸着と同時に進行する焼結工程にお
いて、内部表面張力による自己コラプスは、焼結しスー
ト粒子を固める工程において現れる。サブストレートチ
ューブと同様の粘度を有するバッファ層は、高粘度を有
するサブストレートと、比較的低粘度を有するクラッド
層との間に存在することにより、チューブの抑止力を改
善してチューブ収縮を減少させることができる。
【0036】MCVD工法を利用して光ファイバプレフ
ォームを製作する場合、直径比が小さいほど工程全体の
時間が短くなり、直径比が小さいと大口径プレフォーム
の製作に大変好都合である。従来は、直径比を小さくす
るとOH損失が急激に増加して、光ファイバ品質が劣化
していた。したがって、通常直径比が約3.0程度であ
ることが知られている。しかし、本発明によれば、直径
比を3.0以下、例えば1.1−3.0程度に減少させ
る一方で、OH吸収損失を減少させ、熱的ストレスによ
る損失も最小させることができる。
【0037】(産業上の利用分野) 以上に説明したように、本発明のOH遮断層を具備した
光ファイバプレフォーム及びその製造方法によれば、蒸
着工程において、サブストレートチューブとクラッド層
との間及びクラッド層とコア層との間に、Pを含
まない外部及び内部OH−遮断層を蒸着させることによ
り、コア蒸着工程、コラプス工程またはクローズ工程に
おいて、サブストレートチューブからコア層に浸透する
OHを効果的に防ぐことができる。したがって、コア層
でのOHによる損失を防止できる。さらに、コア層の屈
折率分布を中心へ向かって増加するように形成すること
により、光ファイバの高速引出しによる特性の低下を防
止できる。 [図面の簡単な説明]
【図1】一般的な単一モードの光ファイバを説明するた
めの図面である。
【図2】本発明による単一モードの光ファイバを説明す
るための図面である。
【図3】本発明による他の単一モードの光ファイバを説
明するための図面である。
【図4】4A、4B及び4Cは修正されたMCVD法を
使用して本発明による単一モードの光ファイバを製作す
る方法を説明するための図面である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セオ、 マン−セオク 大韓民国 730−380 キュンサンブク− ド グミ−シティ オクゲ−ドン デバ ック アパート 103−904 (72)発明者 ド、 ムン−ヒュン 大韓民国 730−090 キュンサンブク− ド グミ−シティ ソンジュン−ドン 37 サムスン アパート 9−505 (72)発明者 ヤン、 ジン−セオン 大韓民国 730−031 キュンサンブク− ド グミ−シティ ゴンダン 1−ドン サムスン サウォン アパート 3− 201 (56)参考文献 特開 昭53−121638(JP,A) 特開 昭60−50503(JP,A) 特開 昭60−51803(JP,A) 特開 昭56−64305(JP,A) 特開 昭56−104741(JP,A) 特開 昭56−155037(JP,A) 特開 昭56−14430(JP,A) 特開 昭56−114840(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03B 37/00 - 37/16

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サブストレートチューブ、クラッド層及
    びコア層を具備する光ファイバプレフォームにおいて、 前記サブストレートチューブと前記クラッド層との間に
    位置し、OH拡散係数が低い物質により蒸着され、前記
    サブストレートチューブに含まれたOHが前記クラッド
    層に浸透されるのを防止するための第1遮断層と、前記クラッド層と前記コア層との間に位置し、OH拡散
    係数が低い物質により蒸着され、サブストレートチュー
    ブから前記クラッド層に浸透したOHが前記コア層に浸
    透するのを防止するための第2遮断層とを備えることを
    特徴とする 光ファイバプレフォーム。
  2. 【請求項2】 前記第1または第2遮断層は、 SiO、GeOまたはFをドーピングして屈折率を
    調節し、Pは含まないことを特徴とする請求項1
    に記載の光ファイバプレフォーム。
  3. 【請求項3】 前記第1または第2遮断層の屈折率は、
    前記クラッド層の屈折率と同一であるかより大きくなる
    よう調整されたことを特徴とする請求項1に記載の光フ
    ァイバプレフォーム。
  4. 【請求項4】 前記クラッド層の直径(D)と前記コア
    層の直径(d)との比(D/d)が、1.1−3.0で
    あることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプレ
    フォーム。
  5. 【請求項5】 前記コア層の屈折率は、前記クラッド層
    の屈折率より大きく、中心部に行くほど次第に増加する
    ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバプレフォ
    ーム。
  6. 【請求項6】 前記コア層の最外郭部における屈折率
    は、前記コア層の中心部分における屈折率の75−99
    %であることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ
    プレフォーム。
  7. 【請求項7】 サブストレートチューブの内部にOH拡
    散係数が低い物質を蒸着させサブストレートチューブに
    含まれたOHが内側に浸透されることを防止するための
    第1遮断層を形成する段階と; 第1遮断層の内部にクラッド層を形成する段階と、前記クラッド層の内部にOH拡散係数の低い物質を蒸着
    させてOHが内側に浸透されることを防止するための第
    2遮断層を形成する段階と 、 前記第2遮断層の内部にコア層を形成する段階を含むこ
    とを特徴とする光ファイバプレフォームの製造方法。
  8. 【請求項8】 前記コア層形成段階は、 屈折率が順次に増加するように蒸着し、コア層の外廓か
    ら中心へ向かって、屈折率が徐々に増加するようにコア
    層を形成することを特徴とする請求項7に記載の光ファ
    イバプレフォームの製造方法。
  9. 【請求項9】 前記第1または第2遮断層は、Si
    、GeOまたはFをドーピングして屈折率を調節
    し、吸湿性が比較的高いPを含まないことを特徴
    とする請求項7に記載の光ファイバプレフォームの製造
    方法。
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